專利名稱：具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，涉及一種多孔抗結(jié)核活性植入材料及其制備方法，更具體地說，涉及一種用于骨組織缺損修復(fù)的、同時具有抗結(jié)核活性的多孔骨內(nèi)植入材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
骨缺損是臨床治療常見的棘手病癥，多因為腫瘤、創(chuàng)傷、骨髓炎以及多種先天性疾病所致。骨移植是臨床上修復(fù)骨缺損最傳統(tǒng)而有效的方法。其中自體骨移植療效最為確切，但其材料來源有限；且供區(qū)手術(shù)部位存在10%的外科并發(fā)癥，如局部感染、疼痛等不適。同種異體骨移植存在著不同程度的免疫排異反應(yīng)及骨誘導(dǎo)性差的缺陷。因此，運用再生醫(yī)學(xué)和組織工程的基本原理，發(fā)展新型人工合成材料作為骨替代及修復(fù)材料，是骨缺損修復(fù)的發(fā)展趨勢。骨、關(guān)節(jié)結(jié)核是最常見的肺外結(jié)核病之一，80 91%繼發(fā)于肺結(jié)核，約占結(jié)核病人總數(shù)的13%，其中脊柱結(jié)核(Pott’s disease)占骨關(guān)節(jié)結(jié)核的50 75%以上，隨著近年來肺結(jié)核疫情的惡化，中國脊柱結(jié)核、耐藥脊柱結(jié)核的發(fā)病率亦逐年增高。脊柱結(jié)核如延誤治療，在后期，極易累及椎管，10%的患者因脊髓、神經(jīng)壓迫而出現(xiàn)截癱。由于手術(shù)時機選擇、病灶清除范圍界定問題、耐藥菌株的出現(xiàn)、病灶周圍藥物濃度不夠理想、病灶清除術(shù)后骨缺損重建困難、依從性差、術(shù)后不規(guī)律的化療等因素都給脊柱結(jié)核的治療帶來了極大困難，目前脊柱結(jié)核術(shù)后不愈及復(fù)發(fā)率仍高達13 26%。目前針對骨結(jié)核后期導(dǎo)致的寒性膿腫及死骨形成，病灶清除后遺留的結(jié)核性骨缺損的重建處理上主要以自體骨移植或以鈦網(wǎng)、骨水泥重建，同時于局部噴撒粉劑或針劑的抗結(jié)核藥物。自體骨移植，取骨量有限，缺損填充不完全，往往少量的自體骨短期內(nèi)被吸收。單純鈦網(wǎng)重建，雖有較好的機械支撐強度，但鈦沒有骨誘導(dǎo)性和成骨活性，晚期容易出現(xiàn)鈦網(wǎng)的下沉和松動，后凸畸形矯正角度后期容易再丟失，同時殘存的結(jié)核桿菌極易粘附在鈦合金表面形成固定的感染源，不易被藥物所殺滅。PMMA骨水泥重建操作時有大量的熱源產(chǎn)生，極易灼傷周圍組織，特別是在胸椎結(jié)核前路手術(shù)中，極易發(fā)生危險并發(fā)癥。骨水泥單體有細胞毒性，抑制局部巨噬細胞對細菌的吞噬和殺菌作用。文獻報道其副作用有一過性血壓下降或上升，心率加快，嚴重者可產(chǎn)生心跳驟停。如術(shù)中操作不當，極易因骨水泥壓迫脊髓和神經(jīng)而產(chǎn)生醫(yī)源性截癱。術(shù)中常規(guī)抗結(jié)核藥物短期內(nèi)被代謝掉，病灶局部有效藥物濃度維持時間過短；盡管術(shù)后仍口服給藥，但藥物不易到達病灶周圍，因而術(shù)后骨結(jié)核復(fù)發(fā)率極高，同時長期服用抗結(jié)核藥物，極易引起肝腎功能損害。因此，在脊柱結(jié)核臨床治療實踐中迫切需要研制出一種既能抗結(jié)核，又有一定機械強度和誘導(dǎo)骨再生能力的新型骨修復(fù)填充材料來配合鈦網(wǎng)使用。同時，具備能糾正后凸畸形維持椎體高度的良好機械性能；又具備較強抗結(jié)核特性；并具備一定骨誘導(dǎo)活性，能促進與骨質(zhì)的快速融合，防止后期植入物下沉和脫落的修復(fù)結(jié)核性骨缺損的新型內(nèi)固定植入物，日益成為國內(nèi)外許多學(xué)者研究臨床硬組織修復(fù)的重點和熱點之一。
骨缺損修復(fù)材料的無菌狀態(tài)是植入手術(shù)成功的前提和關(guān)鍵，賦予材料一定的抗結(jié)核及抗菌能力亦為治療上述骨關(guān)節(jié)結(jié)核所必需。臨床研究表明若植入部位感染，則修復(fù)效果不佳，對于累及脊柱的骨關(guān)節(jié)結(jié)核，如若發(fā)生感染，其危害是不言而喻的。此外因為骨關(guān)節(jié)結(jié)核切除術(shù)不徹底，易導(dǎo)致舊病復(fù)發(fā)、病灶轉(zhuǎn)移，從而使得單純的植入材料用于該類治療的效果不佳?；诖艘?，將具有抗結(jié)核活性的藥物(異煙肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、鏈霉素等)通過各種手段引入到植入材料中，使得材料在履行填充修復(fù)職能的同時，具有進一步的抑制炎癥及結(jié)核復(fù)發(fā)的功效。目前具有抗結(jié)核的植入材料在臨床研究和應(yīng)用較多的主要有以下幾種。孫建英等制備了 RFP/磷酸八|丐骨水泥(octacalcium phosphate, 0CP)藥物緩釋體系的骨修復(fù)材料。通過X射線衍射、紅外光譜、場發(fā)射掃描電鏡分析、萬能電子試驗機及紫外可見分光光度計等測試方法，研究RFP對OCP的相組成、抗壓強度的影響及其釋藥行為。結(jié)果表明在OCP中添加適量藥物并不會影響最終產(chǎn)物的物相；對于藥物含量一定的載體，藥物釋放時間在5d后，強度變化趨于穩(wěn)定；對于藥物含量不同的載體，藥物含量越高越容易導(dǎo)致載體的孔隙率增大，強度變?。凰幬锖糠謩e為60mg/g與40mg/g的載體的釋放特性都符合Higuchi擴散釋放模型，而前者的相關(guān)性更好。王德平等以磷酸鈣為主體的多孔微晶玻璃搭載利福平后進行體外試驗，發(fā)現(xiàn)玻璃基藥物載體能夠長期釋放高濃度藥物，可起到緩釋的效果，藥物的釋放速度與載體材料的孔隙率密切相關(guān)。錢志松等將乙胺丁醇-磷酸鈣骨水泥復(fù)合體植入兔臀肌和股骨，發(fā)現(xiàn)乙胺丁醇-磷酸鈣骨水泥復(fù)合體能在體內(nèi)持續(xù)緩慢釋放乙胺丁醇，對治療骨結(jié)核可能是一有效植入式緩釋劑。

發(fā)明內(nèi)容
針對骨結(jié)核，尤其是脊柱結(jié)核性骨缺損修復(fù)重建治療的難點問題及現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料及其制備方法，通過本發(fā)明方法實施得到的抗結(jié)核多孔骨修復(fù)材料，不但具有較好的生物相容性、孔間連通性及較高的孔隙率，而且在發(fā)揮其骨缺損填充修復(fù)功能的同時，還能逐步將抗結(jié)核藥物釋放至周圍組織細胞中，并保持一定的有效藥物濃度，從而具有較好的抗結(jié)核活性及一定的抗菌活性。本發(fā)明的一種具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，主要由類骨鈣磷材料、有機高分子和抗結(jié)核藥物組成，該材料能夠逐步釋放出抗結(jié)核藥物，具有抗結(jié)核修復(fù)效果。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料中，類骨鈣磷材料有機高分子抗結(jié)核藥物的質(zhì)量比為 1-4:10:1-2。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料中，所述的類骨磷灰石為磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石及其元素取代衍生物中的一種或它們的混合物。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料中，所述的有機高分子為聚乳酸、聚乙醇酸、聚丙交酯與乙交酯復(fù)合物、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸中的一種或它們的混合物。這些有機高分子為美國FDA批準廣泛用于臨床、為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的安全有機物。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料中，所述的抗結(jié)核藥物為異煙肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、鏈霉素中的一種或它們的無禁忌配伍的組合。
本發(fā)明的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的制備方法，包括如下步驟
步驟I、澆筑液的配制
將有機高分子與抗結(jié)核藥物加入到有機溶劑中，有機高分子與抗結(jié)核藥物的質(zhì)量之比為10:0-2;然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液a;
步驟2、注模
取類骨磷灰石粉末與造孔劑完全混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積，其中類骨磷灰石與步驟I所述有機高分子的質(zhì)量之比為0-4:10，造孔劑與步驟I所述有機高分子的質(zhì)量之比為1:8 ;然后將步驟I所述的澄清溶液a徐徐澆筑到上述模具中后，置于37°C烘箱中干燥成型，其中所述的造孔劑為鹽?；蚬俏⑶蛑械囊环N；
步驟3、材料成型及后處理；
將步驟2中成型物從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl—離子或果糖完全溶出后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料的制備方法中，所述的造孔劑的直徑為100 μ m-400 μ m。本發(fā)明的多孔骨修復(fù)材料的制備方法中，所述的有機溶劑為二氯甲烷、氯仿、丙酮、二氧六環(huán)、乙酸乙酯中的一種，所述有機溶劑的用量為15-20ml/克有機高分子。本發(fā)明的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料應(yīng)用于骨組織工程領(lǐng)域制備多孔支架。采用本發(fā)明提供的制備方法，可以得到三維疏松多孔的抗結(jié)核活性骨修復(fù)材料。掃描電鏡確認無機鈣磷材料均勻分布在有機高分子與藥物共同構(gòu)成的腔隙間隔中；且孔隙均勻、連通率高，有利于成骨細胞的長入，便于骨缺損的修復(fù)；同時亦保證了藥物伴隨材料降解而穩(wěn)定釋放，從而達到長效抗結(jié)核的作用。


圖I是抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的整體形貌圖。圖2是抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的掃描電鏡(SEM)照片。圖3是抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的X射線衍射(XRD圖譜)。圖4是抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的傅里葉變換紅外圖譜(FT-IR)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料及其制備方法。實施例I
將I. Og聚乳酸(PLA，Mw=50000)與O. 2g利福平(rifampin)加入到12ml 二氯甲烷(DCM)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 2g羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為200-300 μ m的鹽粒充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液徐徐澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl—離子后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。對制備的新型抗結(jié)核生物生物材料進行性能表征表觀尺寸高為8mm，直徑為12mm的圓柱形，孔隙率約為66. 7%，藥物包封率為86. 2%，載藥率為12. 31%。所制備的抗結(jié)核生物活性材料的多孔支架的SEM照片見附圖I。實施例2
將I. Og聚乳酸(PLA，Mw=IOOOOO)與O. 2g異煙肼加入到12ml丙酮(Acetone)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 2g磷酸鈣(CPC)與粒徑為100-400μπι的鹽粒充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出CF離子后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例3
將I. Og聚乳酸(PLA，Mw=30000)與O. Ig利福平(rifampin)加入到15ml 二氯甲烷(DCM)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 4g羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為100-400 μ m的鹽粒充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl—離子后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例4
將1.(^聚己內(nèi)酯(？(^，Mw=50000)與O. 2g乙胺丁醇加入到12ml乙酸乙酯(DCM)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 3g羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為100-400 μ m的鹽粒充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl—離子后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例5
將l.OgPLGA，Mw=100000與O. Ig鏈霉素加入到IOml氯仿(CHCl3)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. Ig磷酸八鈣與粒徑為100-400 μ m的果糖微球充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至果糖完全溶出后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例6
將1.(^聚乳酸(？1^，Mw=50000)與O. Ig吡嗪酰胺加入到12ml 二氯甲烷(DCM)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 4g羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為100-400 μ m的果糖球充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至果糖完全溶出后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例7
將I. Og聚己內(nèi)酯(PCL，Mw=80000)與0. 3g乙胺丁醇加入到IOml 二氯甲烷(DCM)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. Ig鋅取代羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為100-400 μ m的果糖球充分混合均勻后加入到模具,稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至果糖完全溶出后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。實施例8
將 I. Og聚乳酸(PGA,Mw=50000)與 O. Ig利福平(rifampin)加入到 12ml 丙酮(Acetone)中，然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液。然后取O. 2g硅取代羥基磷灰石(hydroxyapatite)與粒徑為100-400 μ m的鹽粒充分混合均勻后加入到模具中，稍微震蕩使其緊密堆積；再將前述配置的澄清溶液緩慢澆筑到堆積羥基磷灰石和鹽粒的模具中，置于37°C烘箱中干燥成型后從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl—離子后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，其特征在于主要由類骨鈣磷材料、有機高分子和抗結(jié)核藥物組成，該材料能夠逐步釋放出抗結(jié)核藥物，具有抗結(jié)核修復(fù)效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，其特征在于類骨鈣磷材料有機高分子抗結(jié)核藥物的質(zhì)量比為1-4:10:1-2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，其特征在于所述的類骨磷灰石為磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石及其元素取代衍生物中的一種或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，其特征在于所述的有機高分子為聚乳酸、聚乙醇酸、聚丙交酯與乙交酯復(fù)合物、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸中的一種或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，其特征在于所述的抗結(jié)核藥物為異煙肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、鏈霉素中的一種或它們的無禁忌配伍的組合。
6.如權(quán)利要求I所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I、澆筑液的配制將有機高分子與抗結(jié)核藥物加入到有機溶劑中，有機高分子與抗結(jié)核藥物的質(zhì)量之比為10:0-2 ;然后利用磁力攪拌器充分攪拌，直至完全溶解，得澄清溶液a;步驟2、注模取類骨磷灰石粉末與造孔劑完全混合均勻后加入到模具，稍微震蕩使其緊密堆積，其中類骨磷灰石與步驟I所述有機高分子的質(zhì)量之比為0-4:10，造孔劑與步驟I所述有機高分子的質(zhì)量之比為1:8 ;然后將步驟I所述的澄清溶液a徐徐澆筑到上述模具后，置于37°C烘箱中干燥成型，其中所述的造孔劑為鹽粒、果糖微球中的一種；步驟3、材料成型及后處理；將步驟2中成型物從模具中取出，置于去離子水中浸泡48h，期間每12h換一次水，至檢驗不出Cl-離子或果糖完全溶出后取出，然后凍干得到具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，所述的造孔劑的直徑為100μηι-400μηι。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于所述的有機溶劑為二氯甲烷、氯仿、丙酮、二氧六環(huán)、乙酸乙酯中的一種，所述有機溶劑的用量為15-20ml/克有機高分子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用于骨組織工程領(lǐng)域制備多孔支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料及其制備方法，該材料主要由類骨鈣磷材料、有機高分子和抗結(jié)核藥物組成,該材料能夠逐步釋放出抗結(jié)核藥物，具有抗結(jié)核修復(fù)效果。其制備方法是將類骨鈣磷材料與造孔劑按比例均勻混合后置于模具中，將抗結(jié)核藥物與有機高分子共同溶解于溶劑后澆筑到上述模具中，自然風(fēng)干后洗去造孔劑，然后凍干即得。本發(fā)明方法得到的具有抗結(jié)核活性的多孔骨修復(fù)材料，不但具有較好的生物相容性、孔間連通性及較高的孔隙率，而且在利用其成骨活性，發(fā)揮填充修復(fù)骨缺損功能的同時，還能通過逐步將抗結(jié)核藥物緩慢穩(wěn)定釋放至周圍組織中，保持有效藥物濃度，從而具備良好抗結(jié)核及抗菌活性。
文檔編號A61L27/18GK102940905SQ20121039925
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者張勝民, 董軍峰 申請人:華中科技大學(xué)